原文题目：Vaccination induces HIV broadly neutralizing antibody precursors in humans
通讯作者：WILLIAM R. SCHIEF
隶属单位：斯克里普斯研究所IAVI中和抗体中心
DOI：10.1126/science.add6502
诱导具有预定义遗传特征和结合特异性的抗体的疫苗有望对抗具有高抗原多样性的病毒，例如艾滋病毒、流感、丙型肝炎病毒和 β 冠状病毒。尽管这些病原体未能开发出诱导覆盖其抗原多样性的广泛免疫力的疫苗，但已经发现了广泛中和抗体（bnAbs）。这种bnAb与每种病原体的膜糖蛋白上相对保守的表位结合，每种抗体的特征允许与特定的表位结合。如果能够开发出疫苗以持续诱导类似的bnAbs，最好与广泛的T细胞免疫相结合，则可以实现对这些病原体的保护。
在健康人类中测试种系靶向疫苗启动
当bnAb-前体B细胞从原始幼稚B细胞（或“种系”）状态突变和成熟时，bnAb获得亲和力增强突变。种系靶向疫苗设计旨在通过刺激稀有的bnAb前体B细胞来诱导bnAb，这些细胞具有抗体基因和其他特性，需要发育成特定表位的bnAb。这个“启动”步骤必须产生一个bnAb-前体来源的生发中心和/或记忆B细胞池，这些细胞容易受到结构更接近天然病毒糖蛋白的增强免疫原的再激活。使用与天然糖蛋白越来越相似的免疫原进行序贯增强，然后旨在引导体细胞超突变和亲和力成熟，以产生靶向所需表位的bnAb。
研究人员通过评估种系靶向启动候选疫苗eOD-GT8 60mer纳米颗粒与AS01佐剂的安全性和免疫反应，对种系靶向策略进行了首次人体测试B，在IAVI G001 1期临床试验中。每位受试者间隔8周接受两次安慰剂、低剂量疫苗或高剂量疫苗。eOD-GT8免疫原旨在激活HIV VRC01类bnAb的B细胞前体，这些前体通过使用重链可变基因等位基因VH1-2 * 02或*04以及任何轻链互补决定区域3（长度为五个氨基酸）来定义。研究人员从参与者的血液和淋巴结中收集免疫细胞，并进行表位特异性B细胞分选，B细胞受体（BCR）测序以及生物信息和统计分析。研究人员还生产了单克隆抗体，并测量了它们与疫苗抗原的结合亲和力。该疫苗具有良好的安全性，并在97%（36个中的35个）的疫苗接种者中诱导VRC01类反应，血液中免疫球蛋白G记忆B细胞的中位频率达到0.1%。bnAb-前体与bnAbs具有多种共同性质，并在体细胞超突变和与增强的亲和力方面取得了实质性进展。
图 1.抗原特异性和表位特异性B细胞的频率。
研究结果为种系靶向疫苗设计启动策略建立了临床概念验证，支持开发增强方案以产生针对HIV的VRC01级bnAb反应，并鼓励将种系靶向策略应用于HIV和其他病原体的其他靶点。
学习如何诱导针对具有高抗原多样性的病原体（如艾滋病毒、流感、丙型肝炎病毒或β冠状病毒家族）的广泛中和抗体，是合理疫苗设计的巨大挑战。种系靶向疫苗设计为应对这一挑战提供了一种潜在的策略。该策略基于启动免疫原的设计，该免疫原始终如一地诱导具有预定义BCR特征的稀有bnAb-前体B细胞的反应，选择至少一点生产性BCR成熟，并产生可能容易受到更多天然样免疫原增强的GC和/或记忆B细胞池。在这里，在人类对这种策略的第一次测试中，研究人员发现eOD-GT8 60mer / AS01B种系靶向疫苗Prime具有可接受的安全性，并在疫苗接种者中一致地诱导靶向VRC01类IgG B细胞在血液和淋巴结中具有很高的频率。研究人员进一步证明，该疫苗选择具有bnAb样BCR特性和良好的成熟性，因此产生的B细胞具有结合较少工程化和更像天然形式的CD4bs表位的能力。这些发现为种系靶向启动建立了临床概念证明，支持开发诱导VRC01类bnAbs的增强方案，并鼓励将该策略扩展到HIV和其他病原体的其他靶点。
图 2.检测血液和淋巴结中的VRC01级IgG B细胞。
由于大多数抗体的HCDR3优势在VRC01类bnAbs中未观察到，因此为其他类别的抗体开发种系靶向启动免疫原将更具挑战性，但已经描述了设计此类免疫原的通用方法。为其他抗体类别有效部署种系靶向策略将需要了解任何所需基因等位基因的群体频率，类似于这里的VH1-2 * 02和 *04 等位基因，以及产生潜在bnAb前体的重组事件的频率，类似于这里产生五氨基酸LCDR3。
研究人员的BCR序列分层聚类分析表明，VRC01类反应来自每个参与者的许多独立重组事件。因此，疫苗接受者一致地引发VRC01类反应的能力部分是由于免疫原对不同的VRC01类前体具有亲和力。对多种前体具有亲和力的启动免疫原的明确工程是种系靶向疫苗设计的标志之一，将这种方法与其他方法区分开来。
这里观察到的强大的血清学和B细胞免疫原性，特别是仅在接种一两次疫苗后PBMC中eOD-GT8和CD4bs表位特异性IgG记忆B细胞的大量频率，可能主要是由于高价，糖基化纳米颗粒免疫原与强佐剂。强大的免疫反应和可接受的反应原性支持在人类中使用佐剂自组装纳米颗粒疫苗。
罕见的bnAb-前体B细胞反应的启动和成熟的主要挑战是来自可以接合相同表位的高频非bnAb B细胞的竞争。在这里，VRC01类反应在素数和增强后的所有时间点都保持在CD4bs定向反应的少数，但仍然保持高阳性性并表现出良好的成熟度。研究人员的BCR序列和亲和力分析提供了如何实现的见解。稀有bnAb前体引发所需的亲和力相对较高（81%优于3 μM，50%优于119 nM），并且比竞争对手高几个数量级，并且反应主要来自幼稚B细胞。此外，种系靶向启动免疫原能够（i）选择编码bnAb样特性的B细胞，超出特异性靶向的特性;（ii）通过加强免疫刺激先前成熟的GC和/或记忆B细胞，导致记忆池中SHM和bnAb前体的亲和力增加，而竞争对手的增加较弱;（iii）相对于竞争对手，bnAb-前体保持较大的亲和力优势;（iv）引导bnAb前体的亲和力成熟走向bnAb的发育，可能通过呈现亲和力梯度。成功启动和增强具有如此多方面理想结果的bnAb-前体B细胞，即使靶细胞仍保留在少数表位特异性B细胞中，也表明设计具有适当亲和力和亲和力梯度的免疫原可以规避B细胞竞争，作为bnAb-前体反应引导成熟的障碍。这些发现不仅为种系靶向启动的概念提供了支持，还为序贯疫苗接种的更广泛概念提供了支持，以指导靶向反应的进化。
图 3.VRC01级BCR分层聚类和遗传多样性。
研究人员发现VRC01类反应主要来自亲和力优于3μM的前体，为其他种系靶向工作提供了潜在的基准，并与eOD-GT8 60mer和类似物的临床前小鼠模型数据一致，支持使用此类模型预测人类反应。研究人员关于VRC01类和非VRC01类前体亲和力的数据支持这样的假设，即低频前体的一致启动需要相对较高的亲和力，即使对于高度多价纳米颗粒免疫原，并且还支持前体频率和亲和力对于确定GC中的B细胞竞争适应性是相互依赖的主张。鉴于这种相互依赖性，重要的是要确定种系靶向免疫原对低频HCDR3主导的bnAb前体的一致启动是否需要比此处观察到的更高的亲和力。
种系靶向疫苗应产生尽可能大的bnAb样记忆B细胞池，以促进更天然的免疫原的成功增强。先前的人类幼稚B细胞分选显示，在所有人类幼稚B细胞中，结合亲和力优于3μM的eOD-GT8的VRC01类B细胞的频率为~1/900，000。在这里，研究人员估计，对于来自亲和力优于3μM的前体的eOD-GT8 60mer的81%的VRC01类反应，从幼稚B细胞到IgG记忆B细胞的扩增在第8周（一次疫苗接种后）为~37倍，在第16周（两次疫苗接种后）为250倍，平均低剂量和高剂量组的反应。这些扩增水平为其他种系靶向启动疫苗提供了基准。这里观察到的一次疫苗接种后的扩增明显强于在五种不同小鼠模型中测量的记忆扩增，这些小鼠具有人类幼稚的VRC01类前体，亲和力优于3μM，频率为1/1百万或万分之一。因此，即使是精确校准的小鼠模型也可能低估人类种系靶向疫苗诱导bnAb前体衍生的记忆B细胞反应的程度，在临床前实验中评估其他启动免疫原时应考虑这一点。有必要将本试验的多维人类数据（频率、SHM、bnAb 特性、亲和力）与应用于 eOD-GT8 60mer 疫苗接种的许多小鼠模型的结果进行彻底和详细的比较，并可能有助于选择和设计最佳预测人类反应的模型。
图 4.VRC01 类 B 细胞在 CD4bs 或 eOD-GT8 特异性 IgG B 细胞和 PB 中的频率。
种系靶向疫苗设计策略的一个关键假设是，具有越来越像天然的增强免疫原的序贯疫苗接种将能够通过驱动bnAb前体B细胞经历反复的亲和力成熟来诱导bnAb的发育。如果每次增强刺激记忆B细胞返回GC和/或为现有GC提供新的抗原，则可以实现这一点。通过序联免疫产生足够突变的实用性提出了质疑，模型抗原小鼠研究结果表明，刺激先前成熟的IgG记忆B细胞通常会诱导分化为分泌抗体的细胞，而不是GC折返以进一步亲和力成熟，并可能遭受克隆性瓶颈。此外，发现用相同抗原重复免疫会增加记忆B细胞的数量，但不会显着增加SHM水平或亲和力。相反，在敲入小鼠模型中，使用不同免疫原进行序贯免疫可以增加bnAb-前体记忆B细胞的SHM，并且在非人灵长类中用HIV三聚体或严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）mRNA疫苗在SARS-CoV-2中重复使用可以增加抗原特异性记忆B细胞群中的SHM。研究人员的人类疫苗接种数据显示，对于VRC01类反应，IgG记忆BCR的突变水平和亲和力在增强后增加，并且在初代和增强后多克隆性保持高水平。因此，研究人员的数据表明，通过序贯疫苗接种，人类B细胞向bnAb发育的成熟仍然是合理的，特别是考虑到异源增强应该比这里研究的自体增强产生更多的突变和多样化。在未来，重要的是要确定记忆B细胞重返GCs与GCs的抗原加注对人类序贯疫苗接种诱导的B细胞成熟的相对贡献。一种机制或另一种机制的主导程度可能对优化增强或引导免疫原和方案的设计以及制定监测临床试验和临床前模型中反应的策略产生影响。
图 6.与VRC01级bnAb共享的疫苗接种后BCR的性质
随着VRC01类反应的有效启动建立，序贯疫苗接种仍面临重大挑战，以引导这些反应对bnAb开发。关键步骤是诱导B细胞，该细胞可以与完整的N276聚糖结合完全天然三聚体。在这一步取得成功可能需要首先采取一个或多个较小的步骤来推进VRC01类bnAb前体衍生B细胞的成熟，以便能够与越来越像天然形式的CD4bs结合，与研究人员的SPR数据一致，该数据显示由eOD-GT8 60mer诱导的VRC01类BCR对天然三聚体缺乏可检测的亲和力，但对核心gp120或eOD-GT6的亲和力至少较低。 变种。由eOD-GT8 60mer诱导的VRC01级和非VRC01级BCR应有助于确定首次异源增强的候选者。
这里展示的一致的VRC01级bnAb前体启动代表了对体液反应特异性的前所未有的疫苗控制水平，因此可能预示着HIV和其他病原体精确疫苗设计的新时代。通过在分子水平上定义所需的B细胞反应，种系靶向疫苗设计方法允许高度还原和迭代的设计周期，以优化疫苗的发现和开发。
DOI：10.1126/science.add6502
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